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Nanopores - la clavette à recenser des acides aminés en protéines

L'ordonnancement d'ADN et d'ARN est devenu le mot de passe neuf pour les chercheurs biologiques, comme ceci leur indique exact ce qui s'attaque en circuit au niveau cellulaire dans la santé et la maladie. Cependant, c'est une révélation partielle à moins que nous sachions également ce qui se produit au niveau des protéines aussi bien. Ceci a pu bientôt se produire, selon une étude neuve publiée en biotechnologie de nature de tourillon le 16 décembre 2019. Les chercheurs avaient l'habitude des nanopores pour recenser plusieurs des acides aminés qui composent toutes les protéines naturelles dans le monde. C'est une grande avance vers pouvoir trouver la séquence dans laquelle ils sont trouvés dans des protéines.

Dans cette simulation sur ordinateur, une partie d
Dans cette simulation sur ordinateur, une partie d'une protéine déménage par un nanopore d'aerolysin. Les chercheurs ont employé les simulations détaillées qui ont tracé chaque atome, et ont confirmé leurs découvertes expérimental. Crédit : Aleksei Aksimentiev

ADN ordonnançant contre l'ordonnancement de protéine

Connaître les différences entre l'ADN ordonnançant et ordonnancement de protéine est essentiel de comprendre comment les carrosseries. L'ADN et sa copie transcrite, l'ARN, contiennent le modèle codé pour chaque protéine qui peut être produite dans l'organisme, si ou non ils sont produits réellement ou pas. Ces acides nucléiques sont pour cette raison des réflexions du potentiel de chaque cellule de synthétiser des protéines.

D'autre part, les produits de protéine produits par les gènes sont chevaux de labour réels qui effectuent le travail réel de la cellule. Ces protéines sont produites selon la configuration ou la séquence fondamentale des bases aminées d'acide-codage établies dans l'ADN, mais elles sont bien davantage que juste un réseau des acides aminés. Elles sont intensivement modifiées après que le travail principal d'épisser ensemble la bonne séquence des acides aminés soit effectué. Ce réseau alors est chimiquement modifié, coupé et épissé, plié dans plusieurs configurations complexes, et ainsi de suite. C'est comment le produit final réel de protéine est façonné.

La molécule d'ADN est une matrice pour tirer des copies de elle-même, et ce procédé est pour cette raison comparativement droit. D'autre part, des protéines sont conçues pour être produites par les machines de cellules dans un procédé d'un par un. Ceci le rend difficile de battre à l'extérieur des copies des protéines ainsi que de les afficher.

Il y a 20 acides aminés en protéines, comparées à seulement 4 bases dans l'ADN. Chacun des 20 est également capable de subir l'altération pour devenir légèrement différent, alors que la protéine est produite et pliée. Il est également plus difficile différencier des acides aminés comme la leucine et l'isoleucine du fait leur poids moléculaire et leur composition atomique sont identiques, mais les atomes sont positionnés différemment.

Ordonnancement de Nanopore

Pour séquencer l'ADN, les nanopores sont très utilisés. Nanopores sont les glissières minuscules de protéine faisant partie d'une membrane. On l'a pensé que des acides aminés ont différé trop légèrement entre eux pour être recensés utilisant des nanopores, mais la présente étude prouve qu'ils peuvent.

Comme nanopore, les chercheurs ont employé un aerolysin appelé de glissière de membrane, naturel dans les bactéries. Ils ont fait une expérience en deux parties utilisant l'ordinateur modélisant et des expériences basées sur laboratoire réelles. Dans ce dernier, ils ont meulé la fin de protéine très et ont alors appliqué un transporteur chimique pour forcer les acides aminés dans les morceaux de protéine dans le nanopore ou la glissière.

Le passage de simulations sur cette situation a montré la présence d'une poche inhérente qui adapte juste une molécule dans l'aerolysin. Ceci enferme un acide aminé unique lié au transporteur dans la région de détection des nanopore.

L'avantage d'employer la molécule de transporteur est qu'il maintient les acides aminés assez longs dans le nanopore qui les légers mais distinctifs potentiels électriques, ou les courants ioniques, produits par chaque acide aminé, pour être enregistré.

Les découvertes et revue

Les résultats étaient stupéfiants : le dispositif a rendu de telles mesures sensibles qu'il pourrait recenser 13/20 d'acides aminés en nature. Il a montré le potentiel de recenser des centaines d'acides aminés modifiés sous sa forme actuelle. Cependant, dit le Chef Aleksei Aksimentiev d'étude, différentes formes du nanopore peut être employé pour augmenter la largeur du dépistage encore plus.

Les chercheurs ont également modifié l'outil de mesure pour augmenter la sensibilité de détection des acides aminés modifiés. Ils ont également vérifié les effets de traiter chimiquement la protéine d'abord pour la faciliter pour distinguer différents acides aminés. Ceci a pu les aider pour recenser chacun des 20 acides aminés à l'avenir.

Implications et orientations futures

Le travail actuel est décrit comme seulement « apparence d'étude d'épreuve-de-concept que nous pouvons recenser les différents acides aminés. »

Contrairement à la spectrométrie de masse appelée actuel utilisée de méthode, qui se fonde sur comparer l'échantillon s'analysant à la bibliothèque existante des échantillons, trouver une correspondance, mais manque du pouvoir de déterminer réellement la séquence, l'utilisation des nanopores peut trouver les formes ou les variantes neuves de la protéine, et recense ainsi des mutations neuves dans les gènes de codage. Dit Aksimentiev, « avec des nanopores, nous finalement pourrait regarder ces modifications qui n'ont pas été encore étudiées. »

Le chercheur Abdelghani Oukhaled décrit l'effet de la recherche : « Ce travail établit la confiance et rassure la communauté de nanopore que l'ordonnancement de protéine est en effet possible. »

L'avantage d'employer l'aerolysin comme nanopore est qu'il peut facilement être inséré dans les installations existantes de nanopore, le rendant presque prêt à employer par d'autres scientifiques. Le prochain défi pour les chercheurs est de voir s'ils peuvent ordonnancer la protéine en recensant les acides aminés de mode par étapes, car chacun d'eux est isolé dans la protéine par ordre cas.

D'autres applications également sont chauffées plus de, comme employer une combinaison des nanopores avec des immunoessais pour sélectionner seulement ces protéines qui sont étudiées, et pour ordonnancer ces derniers sélecteur. L'objectif est de comprendre si ces protéines ont été subies une mutation ou sont intactes, aidant avec le diagnostic clinique.

Les chercheurs sont en effet excités à l'exactitude de plus en plus minutieuse avec laquelle ils peuvent maintenant définir les molécules biologiques. Ils disent, « très vraisemblablement, un jour nous pourrons dire le renivellement moléculaire de la cellule - de ce que nous sommes faits, vers le bas au niveau de différents atomes. »

Journal reference:

Ouldali, H., Sarthak, K., Ensslen, T. et al. Electrical recognition of the twenty proteinogenic amino acids using an aerolysin nanopore. Nat Biotechnol (2019) doi:10.1038/s41587-019-0345-2, https://www.nature.com/articles/s41587-019-0345-2

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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